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今日からモノ知りシリーズ
トコトンやさしいサーボ機構の本

定価(税込)  1,620円

編著
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サイズ A5判
ページ数 160頁
ISBNコード 978-4-526-07619-0
コード C3034
発行月 2016年10月
ジャンル ビジネス 機械

内容

サーボ機構とは、物体の位置、方位、姿勢などを制御量として、目標値に追従するように自動で作動する機構で、コントローラ(司令部)がサーボアンプ(制御部)をとおしてサーボモータ(駆動・検出部)を制御し、サーボモータは制御の状態を確認し制御部にフィードバックする仕組み。自動車や工作機械をはじめ、機械技術、機械設計分野での重要技術。本書では、そのサーボ機構について、機械分野の学生や機械設計の入門者はもちろん、機械系技術者にも役立てられるように、その基本を楽しく、丁寧に解説している。

Net-P.E.Jp  著者プロフィール

●『Net-P.E.Jp』による書籍

・『トコトンやさしい機械材料の本』 日刊工業新聞社

・『トコトンやさしい機械設計の本』 日刊工業新聞社

・『技術士第二次試験「機械部門」完全対策&キーワード100』 日刊工業新聞社

・『技術士第一次試験「機械部門」専門科目 過去問題 解答と解説』 日刊工業新聞社

・『技術士第一次試験「基礎・適性」科目キーワード700』 日刊工業新聞社

・『技術論文作成のための機械分野キーワード100 解説集-技術士試験対応』
日刊工業新聞社

・『機械部門受験者のための 技術士第二次試験<必須科目>論文事例集』日刊工業新聞社

・『技術士第二次「筆記試験」「口頭試験」<準備・直前>必携アドバイス』 日刊工業新聞社

・『技術士第一次試験 演習問題 機械部門Ⅱ 100問』 株式会社テクノ



●インターネット上の技術士・技術士補と、技術士を目指す受験者のネットワーク『Net-P.E.Jp』(Net Professional Engineer Japan)のサイト
 http://www.geocities.jp/netpejp2/

●『トコトンやさしいサーボ機構の本』
 書籍サポートサイト
 http://www.geocities.jp/netpejp2/book.html

横田川昌浩  著者プロフィール

(よこたがわ まさひろ)
技術士(機械部門)、公益社団法人日本技術士会会員
メーカー勤務

秋葉浩良  著者プロフィール

(あきば ひろよし)
技術士(機械部門)、公益社団法人日本技術士会会員
メーカー勤務

中島秀人  著者プロフィール

(なかじま ひでと)
技術士(機械部門、総合技術監理部門)
公益社団法人日本技術士会会員
メーカー勤務

西田麻美  著者プロフィール

(にしだ まみ)
工学博士
関東学院大学工学部機械工学科所属
NPO法人自動化推進協会技術委員長

目次

第1章 サーボ機構とは
1 サーボ機構とは 「繰り返し高速 ・ 高精度で指令通りに動かす」
2 サーボ機構の特徴 「指令値に対して追従できる機構」
3 サーボ機構の構成 「サーボ機構の基本的な構成の紹介」
4 サーボ機構の要素 「サーボ機構を構成する機械、電気、制御部品」
5 サーボ機構の適用 「サーボ機構はどのようなものに使われているか」

第2章 サーボ機構のための物理
6 速度と加速度 「直線運動をどうように表現するか」
7 角速度と角加速度 「回転運動をどのように表現するか」
8 力とトルク 「ものを動かすために必要なもの」
9 質量と慣性モーメント 「運動状態の変化をさせにくくするもの」
10 摩擦力と摩擦係数 「ものが動くときの抵抗となるもの」
11 仕事とエネルギー 「仕事と蓄えられるエネルギー」

第3章 サーボ機構のための機械要素
12 サーボ機構のメカニズム 「サーボ機構の基本的なメカニズムの紹介」
13 軸受 「軸受の種類と特徴」
14 ボールねじ、ガイド 「駆動部を構成する基本要素」
15 カップリング 「カップリングの種類と特徴」
16 ラックアンドピニオン、ロールフィード 「駆動部を構成する基本要素」
17 ベルト、チェーン 「駆動部を構成する基本要素」
18 減速機 「減速機の種類と特徴」
19 ブレーキ 「電磁ブレーキの種類と特徴」

第4章 サーボ機構用モータ
20 サーボ機構用モータの分類 「油圧サーボ ・ 空圧サーボ ・電気式サーボ」
21 クローズドループとオープンループ 「位置決め制御をどのような工程で完了させるかの違い」
22 ステッピングモータ 「センサいらずのステッピングモータ」
23 DCサーボモータ 「センサが搭載されたDCサーボモータでより高精度な制御を」
24 ACサーボモータ 「ACサーボモータにはIM形とSM形がある」
25 ダイレクトドライブモータ 「バックラッシレスによる高精度なモータ」
26 サーボモータの選定Ⅰ 「必要なサーボモータの容量を求める」
27 サーボモータの選定Ⅱ 「各計算値からサーボモータを選定」
28 サーボモータのカタログⅠ 「サーボモータのデータシート」
29 サーボモータのカタログⅡ 「サーボモータの電気的 ・ 機械的特性」
30 サーボモータのメンテナンス 「手入れすることで正常な状態を維持する」

第5章 センサ
31 センサの分類 「センサの種類と役割」
32 エンコーダ 「エンコーダの種類と特徴」
33 レゾルバ 「レゾルバの原理と特徴」
34 タコジェネレータ 「タコジェネレータの原理と特徴」
35 ポテンショメータ 「ポテンショメータの原理と特徴」
36 センサの選定 「原点位置出しや物体の存在を検知するセンサ」

第6章 サーボアンプとコントローラ
37 サーボアンプの役割 「サーボモータとコントローラの仲介役」
38 サーボアンプの構成 「主回路部と制御回路部の二つがある」
39 サーボアンプの選定 「容量不足に注意」
40 コントローラの役割 「動きの指令を与える装置」
41 コントローラの構成 「位置決め、I/Oボード、PLCの主要3ユニット」
42 コントローラの選定 「マイコンとPLCを比較」
43 モーションコントローラ 「1ユニットで多軸の位置決めができるコントローラ」

第7章 サーボ機構のための制御とその理論
44 自動制御 「自動制御の三つの制御方法」
45 PWM制御 「アクチュエータをどのように制御するか」
46 ラプラス変換と伝達関数 「制御系の入力と出力の関係」
47 ブロック線図 「制御系の特性を図示するには」
48 過渡応答と過渡特性 「制御系の特性の確認方法」
49 周波数応答 「周期的に変化する入力に対する応答」
50 PID制御 「制御系の特性を改善する」
51 ゲイン 「サーボ機構の応答性に影響を及ぼす」
52 時定数 「サーボ機構の応答性に影響を及ぼす」
53 オートチューニング 「制御パラメータを自動調整」

第8章 サーボ機構に関するトラブルの現象
54 ロストモーション 「正 ・ 負逆方向指令時の位置ズレ量」
55 ノイズ 「信号が正確に伝わるのを防ぐ要因」
56 共振 「固有振動数に等しい振動を与えたときに発生」
57 ハンチング 「振幅が減衰しないで振動する現象」
58 ヒステリシスと不感帯 「往きと帰りが違う経路をたどる場合に生じる現象」
59 オーバーシュートとアンダーシュート 「制御量が目標値に対して上下する」
60 スティックスリップ 「不連続で小刻みに進む現象」

第9章 サーボ機構の応用例
61 自動車 「動力源にサーボモータを用いる」
62 鉄道分野(ホーム安全設備) 「ホームドアや可動ステップに適用」
63 衛星をとらえるアンテナの応用例 「方位角と仰角をサーボ機構で制御する」
64 加工機械 「高精度、高生産、省エネ加工を実現する」
65 ファクトリーオートメーション(FA) 「工場の自動化にサーボ機構が貢献」
66 医療 ・ 福祉機器 「補助的な役割により便利になる」
67 ロボット 「産業ロボットは位置決め精度と繰り返し作業が命題」

コラム
●電動機に関する規格
●衝撃荷重の見積り方の一案
●アッベの原理
●サーボ技術を活用するために
●フローチャートの書き方
●センサと制御回路のコンビネーション
●ブロック線図を描いてみよう
●スマートファクトリー

はじめに

 インターネット上で知り合った数名の機械部門技術士が集まって、『Net-P.E.Jp』専用のサイトを2003年6月に開設(http://www.geocities.jp/netpejp2/)しました。そこからネット上の交流を中心に、オフ会や勉強会、技術士試験対策本の出版などを行ってきました。

 今回、日刊工業新聞社のフラッグシップモデルである“(通称)トコトン”シリーズの『機械設計』、『機械材料』に続いて、『サーボ機構』を執筆させていただくことになりました。

 “トコトン”シリーズは、その名のとおり図やイラストなどをふんだんに使って、テーマについてトコトンやさしく解説した技術の本です。本書はその『サーボ機構』の本として、サーボ技術の特に機構部分に主眼をおいて、実務に役立つ内容をできる限り幅広く取り上げて、わかりやすく解説しています。ひとくちに“サーボ”といっても電気、制御的なアプローチもありますが、本書は“サーボ機構”としてどちらかというと機械系の技術者が実務上必要な“サーボ技術全般”に関して解説しています。

 また前著『機械設計』や『機械材料』の対象者は、機械技術者になったばかり、またはこれから機械技術者を目指す方々でした。これに対して、本書籍はそれらの知識を活用して実務をこなし、さらにステップアップしていくのに必要な内容になっています。そのため、機械技術者としては馴染みが少ない内容も含まれています。

機械技術者にとっては『機械設計』や『機械材料』の知識は当然習得しておくべきもので、技術力のベースになります。これに対して、『サーボ機構』に関わる“アクチュエータ”や“センサ”、それらを扱う電気や制御の知識を習得することで技術の幅が広がり、より創造的な検討が可能になります。機械装置をどのように動かすのか、それをどのように実現するのかを考えることは、機械技術者にとって重要なことといえます。

 執筆するにあたっては、できる限り「教科書的」なものではなく「実務」に役立つ内容にしたいと考えました。サーボ機構全体のイメージから、それらを構成する要素、制御、アクチュエータ、センサなどについて、初めて扱う若い機械技術者や専門外の方にもできる限りわかりやすく具体的に解説しています。さらにサーボ機構に関するトラブルの現象やサーボ機構が実際に採用されている応用例、各章の最後にちょっとした話題をコラムとして提供しています。

 この本を読むことによって、「サーボ機構」に関するひととおりの知識を得ることができ、科学技術立国を支える機械系技術者の役に立てることを願っています。

 
平成28年7月    

著者一同

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